电力远程抄表系统防雷技术的实践应用

钟磊波

（国网浙江省电力公司舟山供电公司，浙江 舟山316000）

0 引言

近年来，为了提高抄表准确率和供电服务水平，浙江省某地区低压台区已基本实现远程抄表全覆盖。某地区属于强雷区，夏天雷暴天气多，远程抄表系统因雷击损坏的事件时有发生。远程抄表系统雷电防护已是一个重要的急需研究的课题，我们针对强雷区电力远程抄表系统多发因遭受雷击而损坏的情况进行了分析，推广应用了专用极间放电二合一电涌保护器。

电涌保护器（SPD）也叫防雷器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或通信线路中因为外界干扰突然产生尖峰电流或电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中GPRS设备和流量计的损害。远程抄表系统中有电源线路SPD 和信号线路SPD 两种，电源线路SPD 接在开关电源交流侧或开关电源直流侧，信号线路SPD 接在流量计RS485信号线上。

本文将从某地区因雷击而损坏电能表的实际情况入手，论述专用极间放电二合一电涌保护器的实践应用。

1 电能表雷击损坏原因分析

2011年某地区因几次雷击共493只电能表受损坏，我们将3只样品表拿到厂家进行检测，据电能表生产厂家报告，3只样品RS485通信全部损坏，其中两只样品电源部分遭雷击损坏（表1）。

表1 样品损坏情况

我们对这些电能表安装情况进行实地勘察，发现几个问题：一是现场安装情况多样化，有些地方接地较为困难；二是土壤电阻率较高，很多地方接地电阻难以达到要求。市场上的电涌保护器都需要在有接地条件的前提下保护后端的设备，而在这种实际情况下这些电涌保护器就很难发挥作用。所以我们需要研究接地无法达到要求的情况下如何有效对电力远程抄表系统进行雷电防护。

雷击主要有两种：一是直接雷击，发生概率相对较低；二是间接雷击，雷电放电击中设备附近的大地，在电力线上感应中等程度的电流和电压。间接雷击发生概率较高。

根据电能表损坏情况分析，我们确定引起电能表损坏的主要原因是间接雷击。间接雷击时，电源线有感应雷电流通过，就会产生很强的磁场，感应到附近电线或信号线，并在附近电线或信号线产生二次感应雷电流，我们得出雷击电流是通过电源线入侵到单相电能表上的结论。

我们又对通信信号部件易遭雷击损坏的情况进行了分析。根据RS485 通信标准定义，RS485 信号线最大电压不超过±12V，通信时实测＜1.0V，通信芯片的电压为直流5V，都属于低压范畴。所以当雷击造成电源电压增加时就极易使通信芯片电压超过极值，从而烧毁芯片。当雷击瞬态过电压不能及时消除时，就会对电能表造成损坏，特别是对于电源和通信信号部件。

2 解决方案

电源防浪涌的重点是对这部分浪涌能量的吸收和抑制，一般在用电设备内部电源部分使用一个电源电涌保护器，以达到消除瞬态过电压的目的。该处使用的电源防浪涌保护器要求的最大通流量为10kA，限制电压应小于1 500V。如果有信号入口，也应该在信号线入口处安装相应的信号防雷器。根据实际情况，在接地不好的情况下，要想实现有效的雷电防护我们首先应做好电能表的屏蔽，同时在设备入口处的线路间安装线间保护防雷器，使得瞬态过电压发生时设备线间能达到等电位，消除线路间雷击感应产生的瞬态过电压。

具体实施措施如下：（1）在电能表电源线进线端安装电源线间保护防雷器，主要防止雷电流从电源线直接进入单相电能表，装上防雷器以后，线间能达到等电位，消除线路间雷击感应产生瞬态过电压，从而保护电能表。具体安装：电源电涌保护器需要并联安装，不需要改变原有线路，直接在空余的地方并联（图1、图2）。入户电源为220V，分火线（L）、零线（N）两极，智能电表的进线L线通过C25空气开关进入智能电表，N 线直接进入智能电表。二合一电涌保护器在电源模块处，利用2.5mm2红色线从L端口并联到C25空气开关的进线端口，利用2.5mm2蓝色线从N 端口直接并联到智能电表的N 线进线端口。（2）在RS485 通信线处安装信号线间保护防雷器。信号线与电源的距离受到产品及安装条件限制，当雷电从电源线进来时，肯定会感应到信号线上，所以我们要安装专门用于485信号的线间保护防雷器对其进行保护。具体安装：信号电涌保护器需要串联安装。RS485通信线直接接入智能电表，分正极（＋）和负极（－）带屏蔽层的两芯线。把485通信线从智能电表拆下接入二合一电涌保护器信号模块进线端，正极接模块对应的1，负极接模块对应的2，信号电涌保护器模块的出线端口1和2分别接入智能电表的正极和负极。把屏蔽线的屏蔽层接入电涌保护模块进线端的接地端口。（3）电源线与485通信线尽量分开走线，并保持一定距离。线间距离越大，感应的雷电流会越小。

经过试验，极间放电二合一电涌保护器（电源和信号）需要达到规定指标才能有效保护电能表不被雷击损坏。

图1 二合一电涌保护器安装实图

图2 二合一电涌保护器安装原理图

3 应用效果

2011年，我们在浙江省某地区进行了电表采集器线间防雷措施应用的首次试点试验。针对某区域电表无法做接地的情况，为试点的电表采集器安装专用极间放电二合一电涌保护器，其主要技术指标如表2 所示。经过两年的观察试验，试点的电表采集器均未因雷击而损坏，这证明了线间保护防雷器能有效保护电表采集器免遭雷击损坏。

表2 二合一电涌保护器主要技术指标

4 结语

两年多来，我们投入了大量资金研究远程抄表系统防雷技术，实践应用了专用极间放电二合一电涌保护器。实践表明，这种防雷装置能有效减少雷电对电力系统的危害，应用效果良好。